JP3012462B2 - 導光板並びにこれを用いた面光源及び非発光型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置のような
非発光型表示装置に用いて好適な導光板並びにこれを用
いた面光源及び非発光型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８（Ａ）は、この種の従来のエッジラ
イト型面光源を示す。導光板１０の一端面に、この端面
に沿った紙面垂直方向の直管形照明灯１２が配置され、
その照明光が、導光板１０の平面１０ａ側に配置された
不図示の透過型液晶表示パネルに対する面照明光に変換
される。

【０００３】透過型液晶表示パネルは、視野角特性を有
するので、この特性に応じた指向性の光を導光板１０の
平面１０ａから射出させることにより、光利用効率を向
上させて、低消費電力化を図ることができる。この目的
のために、平面１０ａにレンチキュラーレンズが重ねら
れる（特開平６−２２２２０７号公報）。しかし、レン
チキュラーレンズを重ねるために面光源が厚く且つ重く
なり、しかも高価となる。また、レンチキュラーレンズ
を反射型液晶表示パネルに用いた場合には、その全反射
層のぼけのために、液晶表示パネルの表示が見づらくな
る。

【０００４】そこで、透過型液晶表示パネルについて
は、平面１０ａに対し面１０ｂを傾斜させ、面１０ｂ
に、図８（Ｂ）に示すような段差を形成し、段差部傾斜
角を４５°にして、端面１０ｃから入射した光を段差部
傾斜面で平面１０ａに対し略直角方向に反射させる面光
源が提案されている。図中、１４は反射体、１６及び１
８は反射板、２０は拡散板である。しかし、平面１０ａ
に対し面１０ｂが傾斜しているので、製造が容易でなく
コスト高となり、かつ、表示パネルに対し平面１０ａが
平行になるように面光源を取り付けなければならないの
で、取り付け作業が容易でない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、平面１０ａに
対し面１０ｂが傾斜しているので、製造が容易でなくコ
スト高となり、かつ、表示パネルに対し平面１０ａが平
行になるように面光源を取り付けなければならないの
で、取り付け作業が容易でない。本発明の目的は、この
ような問題点に鑑み、製造容易で非発光型表示装置に対
する取り付けが容易な導光板並びにこれを用いた面光源
及び非発光型表示装置を提供することにある。

【０００６】また、本発明の他の目的は、反射型かつ非
発光型の表示装置の視認性を向上させることができる導
光板並びにこれを用いた面光源及び非発光型表示装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及びその作用効果】請求項
１の発明は、端面から入射される光を第１平面から出射
させる導光板であって、該第１平面と対向する第２面
に、複数の頂線と谷線とを備えたプリズムアレイが形成
され、該複数の頂線に接する仮想面と該プリズムアイの
各プリズムの一方側の面とのなす角度αは空気に対する
該導光板の臨界角に略等しく、該仮想面と該プリズムア
レイの各プリズムの他方側の面とのなす角度βが該角度
αより小さい。

【０００８】角度αが、空気に対する導光板の臨界角に
略等しいので、導光板の一端面から入射した光は、該一
方側の面で全反射され、該第１平面からその法線に関し
略対称に出射して、非発光型表示装置に対する照明光の
利用効率が向上する。 また、角度βが角度αより小さい
ので、第１平面から出射される光の強度分布が導光板の
該一端面側で特に大きくなるのを抑制でき、さらに、プ
リズムアレイ面の凹凸が比較的小さく、本発明の導光板
を反射型かつ非発光型の表示装置に適用した場合、レン
チキュラーレンズを用いた場合よりも表示装置の表示面
でのぼけが低減し、視認性を向上させることができる。

【０００９】さらに、第２平面を第１平面に略平行にす
ることが可能であるので、第１平面に対し傾斜面を有す
る従来の導光板よりも容易かつ安価に製造することが可
能となり、また、非発光表示装置に対する導光板の取り
付けが容易である。

【００１０】請求項２の導光板では、請求項１におい
て、上記臨界角は４２゜であり、上記角度αは４３゜で
あり、上記角度βは１０゜以下であり、上記プリズムア
レイにおけるプリズム深さは５〜５０μｍである。プリ
ズム深さが大き過ぎると、第１平面から出射する光強度
の分布が不均一になり、小さすぎると、全反射用プリズ
ム傾斜面の面積が狭くなり過ぎる。この間隔が一定の場
合、角度βを大きくし過ぎると、プリズムピッチが短く
なり過ぎて、照明灯が配置される一方の端面側のプリズ
ム傾斜面で反射される光量が多くなり、対向する他方の
端面側に進む光量が少なくなり、また、手前のプリズム
でプリズム傾斜面に入射できる面積が狭くなる。逆に角
度βを小さくし過ぎると、導光板内での光の平均光路長
が長くなり過ぎて、減衰による損失が大きくなる。これ
らのことから好ましいプリズム深さ及び角度βの範囲が
存在する。請求項２は、この好ましい範囲の態様であ
る。

【００１１】請求項３の導光板では、請求項１におい
て、上記端面が凸形状である。 この凸形状により、角度
αの傾斜面に対する光透過量が低減するので、光のロス
を低減することができる。

【００１２】請求項４の導光板では、請求項１におい
て、上記角度βは、上記端面から離れるほど大きくなっ
ている。この導光板によれば、第１平面からの出射光強
度の分布をより均一にすることが可能となる。請求項５
の導光板では、請求項１又は２において、上記第２面は
分割線により分割された第１領域と第２領域とを備え、
該第１及び第２領域内のプリズムアレイは、該分割線に
ついて略対称である。この導光板の第１領域側の端面及
び第２領域側の端面に沿って照明灯を配置すれば、第１
平面からの出射光強度の分布を、対称でなく一方の端面
に沿って照明灯を配置した場合よりも、均一にすること
ができる。

【００１３】請求項６の面光源では、 上記いずれか１つ
の導光板と、 該導光板の上記端面に沿って配置された照
明灯と、 該照明灯から該端面と反対側へ射出される光を
該端面側へ反射させる反射体とを有する。 請求項７の面
光源では、請求項６記載の面光源が２つ、互いに逆方向
に向けて２重に配置されている。

【００１４】この面光源によれば、光源面からの出射光
強度の分布をより均一にすることができる。 請求項８の
面光源では、 請求項５記載の導光板と、 核導光板の、上
記第１領域側の第１端面に沿って配置された第１照明灯
と、 抜第１照明灯から該第１端面と反対側へ射出される
光を該第１端面側へ反射させる第１反射体と、 該導光板
の、上記第２領域側の第２端面に沿って配置された第２
照明灯と、 該第２照明灯から該第２端面と反対側へ射出
される光を該第２端面側へ反射させる第２反射体とを有
する。

【００１５】請求項９の面光源では、対向する平面の一
方に、複数の頂線と谷線とを備えたプリズムアレイが形
成され、該複数の頂線に接する仮想面とこのプリズムア
レイの各プリズムの一方側及び他方側の面とのなす角度
が互いに等しく、上記導光板の第１平面側に、プリズム
頂線を該導光板のプリズム頂線と略直角な方向に向けて
対向配置されたプリズムアレイ板をさらに有する。この
面光源によれば、導光板の第１平面に垂直かつ頂線を通
る面内における指向性も向上する。

【００１６】請求項１０の面光源では、請求項９におい
てさらに、 上記導光板の上記第１平面側に対向配置され
た拡散板と、 上記面光源の第２面側に対向配置された反
射板とを有する。 請求項１１の非発光型表示装置では、
請求項１０記載の面光源と、 上記導光板の上記第１平面
側に対向配置された透過型かつ非発光型の表示パネルと
を有する。 請求項１２の非発光型表示装置では、 請求項
６記載の面光源と、 上記導光板の上記第１平面側に対向
配置された反射型かつ非発光型の表示パネルとを有す
る。

【００１７】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図中、同一又は類似の構成要素には、同一又は類
似の符号を付している。 ［第１実施例］図２は、第１実施例の面光源を示す。

【００１８】導光板１０Ａの一端面に、この端面に沿っ
た紙面垂直方向の直管形照明灯１２、例えば冷陰極管又
は熱陰極管が配置され、その照明光が、導光板１０の平
面１０ａから射出される面照明光に変換される。この面
光源は、非発光型かつ透過型の表示装置、例えば透過型
液晶表示パネル５０に用いられる。視野角特性を有する
透過型液晶表示パネル５０の光利用効率を向上させるた
めに、導光板１０Ａは、平面１０ａと反対側の面１０ｄ
にプリズムアレイが形成されている。このプリズムアレ
イは、紙面垂直方向に延びた互いに平行な頂線Ｔと谷線
Ｖとが交互に存在し、全ての谷線Ｖが仮想面Ａ１内に存
在し、全ての頂線Ｔが仮想面Ａ２内に存在し、かつ、仮
想面Ａ１及びＡ２が平面１０ａと平行になっている。谷
線Ｖの両側の傾斜面Ｓ１及びＳ２の仮想面Ａ２に対する
傾斜角をそれぞれ角度α及びβとする。

【００１９】最初に、角度αの好ましい値を図１に基づ
いて説明する。端面１０ｃから、その法線に対し角度θ
で導光板１０Ａ内に入射した光は、一点鎖線で示すよう
に進み、傾斜面Ｓ１に対し角度γで入射し、平面１０ａ
に対し角度δで入射し、平面１０ａから角度ηで出射す
る。この場合、次の関係式が成立する。

【００２０】 δ＝９０°−（θ＋２α） ・・・（１） γ＝９０°−（θ＋α） ・・・（２） ｓｉｎη＝ｎ・ｓｉｎδ ・・・（３） ここに、ｎは空気に対する導光板１０Ａの屈折率であ
る。以下、導光板１０Ａがアクリル樹脂でその屈折率ｎ
が１．４９２である場合を考える。

【００２１】この場合の臨界角は４２°であり、平面１
０ａで全反射されて導光板１０Ａ内を光が伝播可能な条
件は−４８°≦θ≦４８°となる。傾斜面Ｓ１に入射し
た光が傾斜面Ｓ１で全反射される条件はγ≧４２°とな
る。傾斜面Ｓ１で全反射され、次いで平面１０ａを透過
可能な条件はδ＜４２となる。これらの条件及び式
（１）〜（３）を用いて、次のような数値関係が得られ
る。

【００２２】 角度α［゜］ 角度θ［゜］ 角度γ［゜］ 角度η［゜］ ３０ ０〜１８ ４２〜６０ １８〜４８ ４０ ０〜８ ４２〜５０ ３〜１５ ４３ ０〜８ ４２〜４７ −６〜６ ４５ ０〜３ ４２〜４５ −４．５〜０ ４８ ０ −６ −９ 上記数値関係から、角度αについて次の結論が得られ
る。

【００２３】（１）角度αが４８°以上になると、平面
１０ａから光が出射できない。 （２）角度αが小さいと、角度θの範囲が広がるが、平
面１０ａからの出射光は斜め方向の指向性を持つので好
ましくない。 （３）角度ηの正側範囲と負側範囲とが等しくなるの
は、α＝４３°の場合である。

【００２４】したがって、平面１０ａがアクリル樹脂の
場合にはα＝４３°とすることにより、一般的には角度
αを、導光板１０Ａの空気に対する臨界角とすることに
より、平面１０ａの法線に対し対称的な強度分布の光が
平面１０ａから出射されるので、透過型液晶表示パネル
５０に対し好ましい条件となる。一方、角度β及びプリ
ズム深さｄ（仮想面Ａ１とＡ２の間隔）の好ましい値
は、次の通りである。

【００２５】プリズム深さｄが大き過ぎると、平面１０
ａから出射する光強度の分布が不均一になり、小さすぎ
ると、全反射用プリズム傾斜面Ｓ１の面積が狭くなり過
ぎる。プリズム深さｄが一定の場合、角度βを大きくし
過ぎると、隣合う頂線Ｔの間隔、すなわちプリズムピッ
チが短くなり過ぎ、端面１０ｃ側の傾斜面Ｓ１で反射さ
れる光量が多くなって、端面１０ｅ側に進む光量が少な
くなり、また、手前のプリズムで傾斜面Ｓ１に入射でき
る面積が狭くなる。逆に角度βを小さくし過ぎると、導
光板１０Ａ内での光の平均光路長が長くなり過ぎて、減
衰による損失が大きくなる。

【００２６】このようなことから角度β及びプリズム深
さｄには面光源用として好ましい範囲が存在する。実用
的なこの範囲は、一般的に、角度βが１０°以下、深さ
ｄが５μｍ以上５０μｍ以下程度であることを知見し
た。透過型又は反射型の液晶表示装置の面光源用として
特に好ましい角度βの値は、数値解析の結果、導光板１
０Ａがアクリル樹脂、深さｄが上記範囲内、かつ、端面
１０ｃと１０ｅ間の長さ（幅）が３０〜２００ｍｍの範
囲内という実用的な条件下で、約２°という極めて小さ
い角度であることを本発明者は知見した。

【００２７】図２において、照明灯１２を囲繞する、紙
面垂直方向に延びた反射体１４の内面形状は、端面１０
ｃに入射する光の大部分が−８゜≦θ≦８°の範囲内に
なるようにすること、すなわち傾斜面Ｓ１を光が透過し
ないことが好ましい。また、プリズムアレイ面１０ｄを
透過した光のロスを低減するために、プリズムアレイ面
１０ｄに反射板１６が対向配置され、端面１０ｅを透過
した光のロスを低減するために、端面１０ｅに接して反
射板１８が配置されている。さらに、出射光強度分布を
均一化するために、平面１０ａに接して拡散板２０が配
置されている。反射板１６、１８及び拡散板２０は、シ
ート状又はフイルム状の薄いものを用いることができ
る。

【００２８】導光板１０Ａは、射出成形した樹脂製透明
平行板の一面に対し、プリズムアレイの模様が刻設され
た型板でホットプレスをした後、冷却することにより、
容易に得られ、傾斜面を有する図８の導光板１０よりも
容易かつ安価に製造することができる。また、仮想面Ａ
２が平面１０ａと平行であるので、透過型液晶表示パネ
ル５０に対する面光源の取り付けが容易である。

【００２９】［第２実施例］図３は、第２実施例の面光
源を示す。この面光源は、平面１０ａの端面１０ｆをシ
リンドリカルレンズのように凸面にして、図２の場合よ
りもさらに、端面１０ｃに入射する光が−８゜≦θ≦８
°の範囲内になるようにしている。

【００３０】これにより、プリズムアレイ面１０ｄを透
過する光量が低減し、平面１０ａから出射する光の指向
性がその法線に対しより対称的となる。また、拡散板２
０と平面１０ａとの間に、例えば特開平６−１３０３８
７に開示されているようなプリズムアレイ板２２を配置
している。プリズムアレイ板２２は、これに対し斜め入
射する光を法線側に曲げて指向性を向上させるためのも
のである。プリズムアレイ板２２は、図３（Ｂ）に示す
ように、導光板１０Ａのプリズムアレイにおいてα＝β
とした形状となっておりその頂角は例えば、９４゜であ
る。

【００３１】プリズムアレイ板２２は、そのプリズム頂
線をプリズムアレイ面１０ｄのプリズム頂線Ｔと直角に
して配置されている。このように配置することにより、
紙面垂直方向の面内における指向性も向上する。 ［第３実施例］図４は、第３実施例の面光源を示す。

【００３２】図２の面光源では、角度βを全て同一にし
ているので、角度βを小さくしても端面１０ｅ側の傾斜
面Ｓ１に入射する光量が少なくなる。そこで、導光板１
０のプリズムアレイ面１０ｇについて、端面１０ｃから
端面１０ｅ側に近づくほど、角度βを大きくすることに
よりプリズムピッチｐを徐々に短くしている。これによ
り、単位面積当たりの傾斜面Ｓ１が端面１０ｅ側に近づ
くほど広くなるので、平面１０ａからの出射光強度の分
布を図１の場合よりも均一にすることができる。

【００３３】なお、プリズムアレイ面１０ｇを複数領域
に分け、領域単位でプリズムピッチｐを変化させてもよ
い。また、角度βを大きくすると手前のプリズムで妨げ
られて傾斜面Ｓ１に入射できる面積が狭くなるので、好
ましくは角度βの範囲は上述と同様に１０°以下とする
必要がある。

【００３４】［第４実施例］図５は、第４実施例の面光
源を示す。この面光源は、図１の面光源を２つ用い、互
いに逆方向にし且つ重ね合わせている。但し、光出射側
の面光源は反射板１６を省略し、他方の面光源は拡散板
２０を省略している。

【００３５】この第４実施例によれば、拡散板２０側の
導光板表面からの出射光強度の分布を図１の場合よりも
均一にすることができる。 ［第５実施例］図５の面光源は、二重構造であるので厚
くなる。そこで、第５実施例の面光源では、図６に示す
如く、導光板１０Ｃのプリズムアレイ面１０ｈを、端面
１０ｃと端面１０ｅの真ん中の紙面に垂直な直線で、領
域Ｒ１と領域Ｒ２とに等分割し、プリズムアレイ面１０
ｈの形状をこの分割線に対し対称にしている。そして、
端面１０ｃ側の照明灯１２及び反射体１４と対称的に、
端面１０ｅ側に照明灯３２及び反射体３４を配置してい
る。

【００３６】本第５実施例によれば、図５の面光源より
も薄くでき、かつ、図１の導光板よりも、平面１０ａか
らの出射光強度の分布を均一にすることができる。 ［第６実施例］以上の面光源は透過型且つ非発光型の表
示パネルに対するものであるが、図７に示すように、反
射型且つ非発光型の表示パネル、例えば反射型液晶表示
パネル５０Ａに対する面光源としても用いることもでき
る。この面光源は、図２において拡散板２０及び反射板
１６を省略し、透過型液晶表示パネル５０を反射型液晶
表示パネル５０Ａで置き換え、上下方向に関し反転させ
た構成となっている。

【００３７】この面光源が無いと、暗い場所で反射型液
晶表示パネル５０Ａの表示が見づらいが、このような面
光源を反射型液晶表示パネル５０Ａに対し配置すること
により、暗い場所でも表示が見やすくなり、かつ、その
指向性により照明灯１２からの照明光を効率よく利用す
ることができ、省電力化を図ることができる。また、α
＝４３゜に対しβ＝２゜であるので、プリズムアレイ面
１０ｄの大部分はほぼ平坦であり、レンチキュラーレン
ズを用いた場合よりも反射型液晶表示パネル５０Ａの表
示面でのぼけが大幅に低減し、視認性がよい。

【００３８】明るい所では照明灯１２を消灯すればよい
ので、透過型液晶表示装置よりも消費電力を低減でき、
携帯型ＯＡ機器に好適である。本発明には他にも種々の
変形例が含まれる。例えば、図７の構成に、図３乃至図
６の方式を適用した構成であってもよいことは勿論であ
る。

【００３９】また、導光板１０は、アクリル樹脂等の透
明物質に限定されず、平面１０ａからの出射光強度分布
をより均一化するために、ぼけが目立たない程度の光散
乱性を有する物質、例えば、メタクリル酸メチルと、安
息香酸ビニルもしくは三フッ素化メタクリル酸メチルな
どのビニル系低分子との共重合体で形成されたものであ
ってもよい。

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成を示す光路図である。

【図２】本発明の第１実施例の面光源を示す断面図であ
る。

【図３】本発明の第２実施例の面光源を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の第３実施例の面光源を示す断面図であ
る。

【図５】本発明の第４実施例の面光源を示す断面図であ
る。

【図６】本発明の第５実施例の面光源を示す断面図であ
る。

【図７】本発明の第６実施例の面光源を示す断面図であ
る。

【図８】従来の面光源を示す断面図である。

【符号の説明】

１０、１０Ａ〜１０Ｃ 導光板 １０ｄ、１０ｇ、１０ｈ プリズムアレイ面 １２、３２ 照明灯 １４、３４ 反射体 １６、１８ 反射板 ２０ 拡散板 ２２ プリズムアレイ板 ５０ 透過型液晶表示パネル ５０Ａ 反射型液晶表示パネル Ｖ 谷線 Ｔ 頂線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−294745（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−194653（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−202107（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−225320（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−160638（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−222364（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−67381（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−36911（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−56974（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−91337（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/00 F21V 8/00 G02F 1/1335 G09F 9/00

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端面から入射される光を第１平面から出
   射させる導光板であって、 該第１平面と対向する第２面に、複数の頂線と谷線とを
   備えたプリズムアレイが形成され、 該複数の頂線に接する仮想面と該プリズムアレイの各プ
   リズムの一方側の面とのなす角度αは空気に対する該導
   光板の臨界角に略等しく、該仮想面と該プリズムアレイ
   の各プリズムの他方側の面とのなす角度βが該角度αよ
   り小さい、 ことを特徴とする導光板。
2. 【請求項２】 上記臨界角は４２゜であり、上記角度α
   は４３゜であり、上記角度βは１０゜以下であり、上記
   プリズムアレイにおけるプリズム深さは５〜５０μｍで
   あることを特徴とする請求項１記載の導光板。
3. 【請求項３】 上記端面が凸形状であることを特徹とす
   る請求項１記載の導光板。
4. 【請求項４】 上記角度βは、上記端面から離れるほど
   大きくなっていることを特徴とする請求項１記載の導光
   板。
5. 【請求項５】 上記第２面は分割線により分割された第
   １領域と第２領域とを備え、該第１及び第２領域内のプ
   リズムアレイは、該分割線について略対称であることを
   特徴とする請求項１又は２記載の導光板。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
   導光板と、 該導光板の上記端面に沿って配置された照明灯と、 該照明灯から該端面と反対側へ射出される光を該端面側
   へ反射させる反射体と、 を有することを特徴とする面光源。
7. 【請求項７】 請求項６記載の面光源が２つ、互いに逆
   方向に向けて２重に配置されていることを特徴とする面
   光源。
8. 【請求項８】 請求項５記載の導光板と、 核導光板の、上記第１領域側の第１端面に沿って配置さ
   れた第１照明灯と、 抜第１照明灯から該第１端面と反対側へ射出される光を
   該第１端面側へ反射させる第１反射体と、 該導光板の、上記第２領域側の第２端面に沿って配置さ
   れた第２照明灯と、 該第２照明灯から該第２端面と反対側へ射出される光を
   該第２端面側へ反射させる第２反射体と、 を有することを特徴とする面光源。
9. 【請求項９】 対向する平面の一方に、複数の頂線と谷
   線とを備えたプリズムアレイが形成され、該複数の頂線
   に接する仮想面とこのプリズムアレイの各プリズムの一
   方側及び他方側の面とのなす角度が互いに等しく、上記
   導光板の第１平面側に、プリズム頂線を該導光板のプリ
   ズム頂線と略直角な方向に向けて対向配置されたプリズ
   ムアレイ板、 をさらに有することを特徴とする請求項６乃至８のいず
   れか１つに記載の面光源。
10. 【請求項１０】 上記導光板の上記第１平面側に対向配
    置された拡散板と、 上記面光源の第２面側に対向配置された反射板と、 をさらに有することを特徴とする請求項９記載の面光
    源。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の面光源と、 上記導光板の上記第１平面側に対向配置された透過型か
    つ非発光型の表示パネルと、 を有することを特徴とする非発光型表示装置。
12. 【請求項１２】 請求項６記載の面光源と、 上記導光板の上記第１平面側に対向配置された反射型か
    つ非発光型の表示パネルと、 を有することを特徴とする非発光型表示装置。